垃圾收集策略與算法
程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧隨線程而生，也隨線程而滅；棧幀隨著方法的開始而入棧，隨著方法的結(jié)束而出棧。這幾個(gè)區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具有確定性，在這幾個(gè)區(qū)域內(nèi)不需要過(guò)多考慮回收的問(wèn)題，因?yàn)榉椒ńY(jié)束或者線程結(jié)束時(shí)，內(nèi)存自然就跟隨著回收了。
而對(duì)于 JAVA 堆和方法區(qū)，我們只有在程序運(yùn)行期間才能知道會(huì)創(chuàng)建哪些對(duì)象，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動(dòng)態(tài)的，垃圾收集器所關(guān)注的正是這部分內(nèi)存。
判定對(duì)象是否存活
若一個(gè)對(duì)象不被任何對(duì)象或變量引用，那么它就是無(wú)效對(duì)象，需要被回收。
一 引用計(jì)數(shù)法（無(wú)法回收循環(huán)引用的對(duì)象）
在對(duì)象頭維護(hù)著一個(gè) counter 計(jì)數(shù)器，對(duì)象被引用一次則計(jì)數(shù)器 +1；若引用失效則計(jì)數(shù)器 -1。當(dāng)計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)，就認(rèn)為該對(duì)象無(wú)效了。
引用計(jì)數(shù)算法的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判定效率也很高，在大部分情況下它都是一個(gè)不錯(cuò)的算法。但是主流的 Java 虛擬機(jī)里沒有選用引用計(jì)數(shù)算法來(lái)管理內(nèi)存，主要是因?yàn)樗茈y解決對(duì)象之間循環(huán)引用的問(wèn)題。
例子：對(duì)象 objA 和 objB 都有字段 instance，令 objA.instance = objB 并且 objB.instance = objA，由于它們互相引用著對(duì)方，導(dǎo)致它們的引用計(jì)數(shù)都不為 0，于是引用計(jì)數(shù)算法無(wú)法通知 GC 收集器回收它們。
二 可達(dá)性分析法（更好）
所有和 GC Roots 直接或間接關(guān)聯(lián)的對(duì)象都是有效對(duì)象，和 GC Roots 沒有關(guān)聯(lián)的對(duì)象就是無(wú)效對(duì)象。
GC Roots 是指：
- Java 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對(duì)象
- 本地方法棧中引用的對(duì)象
- 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象
- 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
- GC Roots 并不包括堆中對(duì)象所引用的對(duì)象，這樣就不會(huì)有循環(huán)引用的問(wèn)題。
引用的種類
判定對(duì)象是否存活與“引用”有關(guān)。在 JDK 1.2 以前，Java 中的引用定義很傳統(tǒng)，一個(gè)對(duì)象只有被引用或者沒有被引用兩種狀態(tài)，我們希望能描述這一類對(duì)象：當(dāng)內(nèi)存空間還足夠時(shí)，則保留在內(nèi)存中；如果內(nèi)存空間在進(jìn)行垃圾手收集后還是非常緊張，則可以拋棄這些對(duì)象。很多系統(tǒng)的緩存功能都符合這樣的應(yīng)用場(chǎng)景。
在 JDK 1.2 之后，Java 對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為了以下四種。不同的引用類型，主要體現(xiàn)的是對(duì)象不同的可達(dá)性狀態(tài)reachable和垃圾收集的影響。
強(qiáng)引用（Strong Reference）
類似 "Object obj = new Object()" 這類的引用，就是強(qiáng)引用，只要強(qiáng)引用存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)回收被引用的對(duì)象。但是，如果我們錯(cuò)誤地保持了強(qiáng)引用，比如：賦值給了 static 變量，那么對(duì)象在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被回收，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。
軟引用（Soft Reference）
軟引用是一種相對(duì)強(qiáng)引用弱化一些的引用，可以讓對(duì)象豁免一些垃圾收集，只有當(dāng) JVM 認(rèn)為內(nèi)存不足時(shí)，才會(huì)去試圖回收軟引用指向的對(duì)象。JVM 會(huì)確保在拋出 OutOfMemoryError 之前，清理軟引用指向的對(duì)象。軟引用通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的緩存，如果還有空閑內(nèi)存，就可以暫時(shí)保留緩存，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)清理掉，這樣就保證了使用緩存的同時(shí)，不會(huì)耗盡內(nèi)存。
弱引用（Weak Reference）
弱引用的強(qiáng)度比軟引用更弱一些。當(dāng) JVM 進(jìn)行垃圾回收時(shí)，無(wú)論內(nèi)存是否充足，都會(huì)回收只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。
虛引用（Phantom Reference）
虛引用也稱幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響。它僅僅是提供了一種確保對(duì)象被 finalize 以后，做某些事情的機(jī)制，比如，通常用來(lái)做所謂的 Post-Mortem 清理機(jī)制。
回收堆中無(wú)效對(duì)象
對(duì)于可達(dá)性分析中不可達(dá)的對(duì)象，也并不是沒有存活的可能。
判定 finalize() 是否有必要執(zhí)行
JVM 會(huì)判斷此對(duì)象是否有必要執(zhí)行 finalize() 方法，如果對(duì)象沒有覆蓋 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過(guò)，那么視為“沒有必要執(zhí)行”。那么對(duì)象基本上就真的被回收了。
如果對(duì)象被判定為有必要執(zhí)行 finalize() 方法，那么對(duì)象會(huì)被放入一個(gè) F-Queue 隊(duì)列中，虛擬機(jī)會(huì)以較低的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行這些 finalize()方法，但不會(huì)確保所有的 finalize() 方法都會(huì)執(zhí)行結(jié)束。如果 finalize() 方法出現(xiàn)耗時(shí)操作，虛擬機(jī)就直接停止指向該方法，將對(duì)象清除。
對(duì)象重生或死亡
如果在執(zhí)行 finalize() 方法時(shí)，將 this 賦給了某一個(gè)引用，那么該對(duì)象就重生了。如果沒有，那么就會(huì)被垃圾收集器清除。
任何一個(gè)對(duì)象的 finalize() 方法只會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用一次，如果對(duì)象面臨下一次回收，它的 finalize() 方法不會(huì)被再次執(zhí)行，想繼續(xù)在 finalize() 中自救就失效了。
回收方法區(qū)內(nèi)存
方法區(qū)中存放生命周期較長(zhǎng)的類信息、常量、靜態(tài)變量，每次垃圾收集只有少量的垃圾被清除。方法區(qū)中主要清除兩種垃圾：
- 廢棄常量
- 無(wú)用的類
判定廢棄常量
只要常量池中的常量不被任何變量或?qū)ο笠茫敲催@些常量就會(huì)被清除掉。比如，一個(gè)字符串 "bingo" 進(jìn)入了常量池，但是當(dāng)前系統(tǒng)沒有任何一個(gè) String 對(duì)象引用常量池中的 "bingo" 常量，也沒有其它地方引用這個(gè)字面量，必要的話，"bingo"常量會(huì)被清理出常量池。
判定無(wú)用的類
判定一個(gè)類是否是“無(wú)用的類”，條件較為苛刻。
- 該類的所有對(duì)象都已經(jīng)被清除
- 加載該類的 ClassLoader 已經(jīng)被回收
- 該類的 java.lang.Class 對(duì)象沒有在任何地方被引用，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法。
一個(gè)類被虛擬機(jī)加載進(jìn)方法區(qū)，那么在堆中就會(huì)有一個(gè)代表該類的對(duì)象：java.lang.Class。這個(gè)對(duì)象在類被加載進(jìn)方法區(qū)時(shí)創(chuàng)建，在方法區(qū)該類被刪除時(shí)清除。
垃圾收集算法
學(xué)會(huì)了如何判定無(wú)效對(duì)象、無(wú)用類、廢棄常量之后，剩余工作就是回收這些垃圾。常見的垃圾收集算法有以下幾個(gè)：
標(biāo)記-清除算法
標(biāo)記的過(guò)程是：遍歷所有的 GC Roots，然后將所有 GC Roots 可達(dá)的對(duì)象標(biāo)記為存活的對(duì)象。
清除的過(guò)程：將遍歷堆中所有的對(duì)象，將沒有標(biāo)記的對(duì)象全部清除掉。與此同時(shí)，清除那些被標(biāo)記過(guò)的對(duì)象的標(biāo)記，以便下次的垃圾回收。
這種方法有兩個(gè)不足：
- 效率問(wèn)題：標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程的效率都不高。
- 空間問(wèn)題：標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，碎片太多可能導(dǎo)致以后需要分配較大對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作。
復(fù)制算法（新生代）
為了解決效率問(wèn)題，“復(fù)制”收集算法出現(xiàn)了。它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊內(nèi)存用完，需要進(jìn)行垃圾收集時(shí)，就將存活者的對(duì)象復(fù)制到另一塊上面，然后將第一塊內(nèi)存全部清除。這種算法有優(yōu)有劣：
- 優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)有內(nèi)存碎片的問(wèn)題。
- 缺點(diǎn)：內(nèi)存縮小為原來(lái)的一半，浪費(fèi)空間。
- 為了解決空間利用率問(wèn)題，可以將內(nèi)存分為三塊： Eden、From Survivor、To Survivor，比例是 8:1:1，每次使用 Eden 和其中一塊 Survivor。回收時(shí)，將 Eden 和 Survivor 中還存活的對(duì)象一次性復(fù)制到另外一塊 Survivor 空間上，最后清理掉 Eden 和剛才使用的 Survivor 空間。這樣只有 10% 的內(nèi)存被浪費(fèi)。
但是我們無(wú)法保證每次回收都只有不多于 10% 的對(duì)象存活，當(dāng) Survivor 空間不夠，需要依賴其他內(nèi)存（指老年代）進(jìn)行分配擔(dān)保。
分配擔(dān)保
為對(duì)象分配內(nèi)存空間時(shí)，如果 Eden+Survivor 中空閑區(qū)域無(wú)法裝下該對(duì)象，會(huì)觸發(fā) MinorGC 進(jìn)行垃圾收集。但如果 Minor GC 過(guò)后依然有超過(guò) 10% 的對(duì)象存活，這樣存活的對(duì)象直接通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制進(jìn)入老年代，然后再將新對(duì)象存入 Eden 區(qū)。
標(biāo)記-整理算法（老年代）
標(biāo)記：它的第一個(gè)階段與標(biāo)記/清除算法是一模一樣的，均是遍歷 GC Roots，然后將存活的對(duì)象標(biāo)記。
整理：移動(dòng)所有存活的對(duì)象，且按照內(nèi)存地址次序依次排列，然后將末端內(nèi)存地址以后的內(nèi)存全部回收。因此，第二階段才稱為整理階段。
這是一種老年代的垃圾收集算法。老年代的對(duì)象一般壽命比較長(zhǎng)，因此每次垃圾回收會(huì)有大量對(duì)象存活，如果采用復(fù)制算法，每次需要復(fù)制大量存活的對(duì)象，效率很低。
分代收集算法
根據(jù)對(duì)象存活周期的不同，將內(nèi)存劃分為幾塊。一般是把 Java 堆分為新生代和老年代，針對(duì)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>
新生代：復(fù)制算法
老年代：標(biāo)記-清除算法、標(biāo)記-整理算法
